РАЗРАБОТКА РЕЖИМОВ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СКАНДИЙСОДЕРЖАЩЕГО АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

Показана актуальность работ, направленных на создание новых сплавов системы Al–Mg, легированных скандием, которые характеризуются выгодным сочетанием эксплуатационных и механических свойств, таких, как свариваемость, коррозионная стойкость и достаточная прочность. В промышленных условиях получены плоские слитки из экспериментального скандийсодержащего сплава размерами 560×1360×4520 мм. Для вырезанных из них заготовок с максимальной толщиной 40 мм были разработаны и опробованы режимы термообработки и листовой прокатки. В качестве оборудования для прокатки использовали стан ДУО 330 с гладкими валками с начальным диаметром 330 мм и шириной бочки 540 мм. В результате экспериментальных исследований, заключающихся в подготовке заготовок к прокатке (гомогенизационный отжиг и фрезерование граней), горячей прокатке при температуре 450 °C, холодной прокатке до толщины 3 мм и отжиге холоднодеформированных полуфабрикатов при температуре 350 °C в течение 3 ч, получены деформированные полуфабрикаты, изготовленные по различным схемам обжатий при прокатке и прошедшие термообработку. Максимальная степень суммарной деформации при прокатке заготовок до толщины 3 мм составила 92,5 %, а вытяжка за проход изменялась от 1,04 до 1,2. С помощью универсальной испытательной машины LFM400 с усилием 400 кН в соответствии с ГОСТ 1497-84 определены механические свойства деформированных и отожженных полуфабрикатов различной толщины из экспериментального сплава и выявлены закономерности их изменения в зависимости от суммарной степени деформации при прокатке. Установлено, что при прокатке полос из экспериментального скандийсодержащего алюминиевого сплава с увеличением суммарной степени деформации временное сопротивление разрыву и предел текучести металла растут, а относительное удлинение снижается, что соответствует общим представлениям теории обработки металлов давлением. Анализ механических свойств полученных полуфабрикатов показал, что уровень прочностных и пластических характеристик достаточно высок, при этом временное сопротивление разрыву достигает для холоднодеформированных образцов 453–481 МПа, предел текучести металла – 429÷457 МПа, а относительное удлинение – 3,8–5,0 %. Применение отжига дало возможность повысить относительное удлинение до 14–16 % при достаточно высоких значениях предела текучести (до 277 МПа). Результаты проведенных исследований позволили разработать режимы литья, прокатки и отжига для получения полуфабрикатов из сплава системы Al–Mg, экономнолегированного скандием в пределах 0,10–0,14 %, которые будут использоваться при освоении технологий обработки в промышленных условиях.

1. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Вершков А.В. Редкие металлы и редкоземельные элементы — материалы современных и высоких технологий будущего // Труды ВИАМ: Электрон. науч. журн. 2013. No. 2. С. 1.

2. Горбунов Ю.А. Роль и перспективы редкоземельных металлов в развитии физико-механических характеристик и областей применения деформируемых алюминиевых сплавов // Журн. СФУ. Сер. Техника и технологии. 2015. Т. 8. No. 5. С. 636—645.

3. Malopheyev S., Kulitskiy V., Kaibyshev R. Deformation structures and strengthening mechanisms in an Al—Mg— Sc—Zr alloy // J. Alloys and Compnd. 2017. Vol. 698. P. 957—966.

4. Kang W., Li H.Y., Zhao S.X., Han Y., Yang C.L., Ma G. Effects of homogenization treatments on the microstructure evolution, microhardness and electrical conductivity of dilute Al—Sc—Zr—Er alloys // J. Alloys and Compnd. 2017. Vol. 704. P. 683—692.

5. Roumina R., Sinclair C.W. Recovery kinetics in the presence of precipitates: The softening response of an Al—Mg—Sc alloy // Acta Mater. 2010. Vol. 58. P. 111— 121.

6. Krug M.E., Werber A., Dunand D.C., Seidman D.N. Core—shell nanoscale precipitates in Al—0,06at.%Sc microalloyed with Tb, Ho, Tm or Lu // Acta Mater. 2010. Vol. 58. P. 134—145.

7. De Luca A., Dunand D.C., Seidman D.N. Mechanical properties and optimization of the aging of a dilute Al— Sc—Er—Zr—Si alloy with a high Zr/Sc ratio // Acta Mater. 2016. Vol. 119. P. 35—42.

8. Riddle Y.W., Sanders Jr. T.H. A study of coarsening, recrystallization, and morphology of microstructure in Al—Sc—(Zr)—(Mg) alloys // Metal. Mater. Trans. A. 2004. Vol. 35A. P. 341—350.

9. Zhu H., Dahle A.K., Ghosh A.K. Effect of Sc and Zn Additions on microstructure and hot formability of Al— Mg sheet alloys // Metal. Mater. Trans. A. 2009. Vol. 40A. P. 598—608.

10. Shi C., Zhang L., Wu G., Zhang X., Chen A., Tao J. Effects of Sc addition on the microstructure and mechanical properties of cast Al—3Li—1,5Cu—0,15Zr alloy // Mater. Sci. Eng. 2017. Vol. А680. P. 232—238.

11. Pedro Henrique R. Pereiraa, Ying Chun Wang, Yi Huang, Terence G. Langdon. Influence of grain size on the flow properties of an Al—Mg—Sc alloy over seven orders of magnitude of strain rate // Mater. Sci. Eng. 2017. Vol. А685. P. 367—376.

12. Mondol S., Alamb T., Banerjee R., Kumar S., Chattopadhyay K. Development of a high temperature high strength Al alloy by addition of small amounts of Sc and Mg to 2219 alloy // Mater. Sci. Eng. 2017. Vol. А687. P. 221—231.

13. Li M., Pan Q., Shi Y., Sun X., Xiang H. High strain rate superplasticity in an Al—Mg—Sc—Zr alloy processed via simple rolling // Mater. Sci. Eng. 2017. Vol. А687. P. 298—305.

14. Buranova Yu., Kulitskiy V., Peterlechner M., Mogucheva A., Kaibyshev R., Divinski S.V., Wilde G. Al3(Sc, Zr) — based precipitates in Al—Mg alloy: Effect of severe deformation // Acta Mater. 2017. Vol. 124. P. 210—224.

15. Иброхимов С.Ж., Эшов Б.Б., Ганиев И.Н., Иброхимов Н.Ф. Влияние скандия на физико-химические свойства сплава АМг4 // Изв. Самарского научного центра РАН. 2014. Т. 16. No. 4. С. 256—260.

16. Иброхимов С.Ж., Эшов Б.Б., Ганиев И.Н. Окисление твердого алюминиево-магниевого сплава АМг4, легированного скандием // Докл. АН Респ. Таджикистан. 2013. Т. 56. No. 6. С. 472—475.

17. Филатов Ю.А. Различные подходы к реализации упрочняющего эффекта от добавки скандия в деформируемых сплавах на основе системы Al—Mg— Sc // ВИЛС: Технология легких сплавов. 2009. No. 3. С. 42—45.

18. Филатов Ю.А. Деформируемые сплавы на основе системы Al—Mg—Sc // МиТОМ. 1996. No. 6. С. 33—36.

19. Филатов Ю.А. Деформируемые Al—Mg—Sc-сплавы и возможные области их применения // Перспект. материалы. 1996. No. 5. С. 45—49.

20. Кузнецов Г.М., Побежимов П.П., Нефедова Л.П., Белов Е.В. Особенности формирования структуры и свойств литейных Аl—Mg-сплавов, легированных скандием // МиТОМ. 1996. No. 6. С. 30—32.

21. Дриц М.Е., Каданер Э.С., Добаткина Т.В., Туркина Н.И. О характере взаимодействия скандия с алюминием в богатой алюминием части системы // Изв. АН СССР. 1973. No. 4. С. 213—217.

22. Якивьюк О.В., Сидельников С.Б., Довженко Н.Н., Фролов В.Ф., Крохин А.Ю., Безруких А.И., Фролов В.А. Исследование технологичности обработки и свойств проката из алюминиевых сплавов системы Al—Mg, экономно легированных скандием // Цветные металлы и минералы 2016: Сб. тез. докл. Красноярск: Научно-инновационный центр, 2016. С. 262—263.